Linuxシステムコール：システムコールとは？

システムコールとは？

　OSが持つ機能を利用するための呼び出しを、Linuxではシステムコールと呼んででいます。OSによってはカネールコール、スーパーバイザコールあるいはサービスコールとも呼ばれることもあります。

　一般的に、OSはコンピューター上の各種資源であるメモリやCPU、あるいはペリフェラルとして接続されているタイマーやファイル、表示や音声のデバイスなど多くのハードウェア・デバイスを管理しています。システムコールの目的の1つが、ユーザープログラムがこれらのハードウェアにアクセスするためのインターフェイスです。
　例えば、メモリを動的に確保したいときに、OSが管理しているメモリ領域からメモリブロックを取得したり、不要になったときに返すなどのメモリを利用するためのシステムコールであったり、ファイルからデータを読み込んだり、書き込んだりするためのシステムコールなどがあります。これらのシステムコールは、物理的に存在しているハードウェアに何らかのアクセスを行います。そして、複数のプロセスから同時にアクセスを行った場合に調停を行う手段を提供していることもあります。

　逆に物理的な存在ではない、プロセスやスレッドと言った実行単位の管理を行うのもOSのしごとです。現代のプログラミング環境は、マルチタスク環境が一般的となっているため、ユーザーが動作させるプログラムの単位であるプロセスやスレッドなどをどのような順番で実行させるか、どのCPUコアを割り当てるかといった実行管理や、動作中のプロセス間での通信手段をサポートするなど、システム全体が協調動作するためのサービスもOSが提供しています。やはりこのようなサービスのインターフェイスもシステムコールとして整備されています。


　さて、ここまでは一般的なシステムコールについてでしたが、ここから先はLinuxのシステムコールについて解説しましょう。

　Linuxは多くのシステムコールを持っています。手元のARM Ver4.14では397個、x86 32bitでは384個のシステムコールがあり、その中にはいくつか使われなくなった番号も含まれます。

　ですが、他のUnix互換のOSと完全に同じではありません。例えば、FreeBSDなどは560個を超えるシステムコールを持っており、他方には存在しないシステムコールもあります。
　つまり、システムコールの体系は他のUnix系OSとは異なる部分があり、同じLinuxでもバージョンやCPUによって異なってくるということです。
　もし、他のCPUや他のUnix系のOSへの互換性を考慮するならLinux固有のシステムコールなどは排除した方がいいと考えられます。

　なお、今回の Lightning Brains Linuxシステムコール投稿では、Beaglebone Black上で動作するARM Ver4.14での解説とします。

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さて、ここから先は早速ですが具体的なシステムコールの定義について確認してみましょう。
システムコールは、arch/arm/tools/syscall.tbl に定義されています。
この syscall.tbl はカーネルのビルド時に参照され、syscall.tblを元にシステムコールを定義したソースファイルを生成します。
ファイルの場所が arch/arm/ 以下にあることから想像がつくと思いますが、CPUアーキテクチャ毎にこのシステムコールを定義したファイルが存在し、x86 (PC)では32ビットと64ビットで異なるシステムコールを定義が存在しています。

さて、これから先でこれらのシステムコールをどのように使えばよいかについて見ていきたいと思います。

以下、参考まで arch/arm/tools/syscall.tbl （ARM Ver4.14.108）の内容です。

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# # Linux system call numbers and entry vectors # # The format is: # <num> <abi> <name>   [<entry point>   [<oabi compat entry point>]] # # Where abi is: #  common - for system calls shared between oabi and eabi (may have compat) #  oabi   - for oabi-only system calls (may have compat) #  eabi   - for eabi-only system calls # # For each syscall number, "common" is mutually exclusive with oabi and eabi # 0 common restart_syscall  sys_restart_syscall 1 common exit   sys_exit 2 common fork   sys_fork 3 common read   sys_read 4 common write   sys_write 5 common open   sys_open 6 common close   sys_close # 7 was sys_waitpid 8 common creat   sys_creat 9 common link   sys_link 10 common unlink   sys_unlink 11 common execve   sys_execve 12 common chdir   sys_chdir 13 oabi time   sys_time 14 common mknod   sys_mknod 15 common chmod   sys_chmod 16 common lchown   sys_lchown16 # 17 was sys_break # 18 was sys_stat 19 common lseek   sys_lseek 20 common getpid   sys_getpid 21 common mount   sys_mount 22 oabi umount   sys_oldumount 23 common setuid   sys_setuid16 24 common getuid   sys_getuid16 25 oabi stime   sys_stime 26 common ptrace   sys_ptrace 27 oabi alarm   sys_alarm # 28 was sys_fstat 29 common pause   sys_pause 30 oabi utime   sys_utime # 31 was sys_stty # 32 was sys_gtty 33 common access   sys_access 34 common nice   sys_nice # 35 was sys_ftime 36 common sync   sys_sync 37 common kill   sys_kill 38 common rename   sys_rename 39 common mkdir   sys_mkdir 40 common rmdir   sys_rmdir 41 common dup   sys_dup 42 common pipe   sys_pipe 43 common times   sys_times # 44 was sys_prof 45 common brk   sys_brk 46 common setgid   sys_setgid16 47 common getgid   sys_getgid16 # 48 was sys_signal 49 common geteuid   sys_geteuid16 50 common getegid   sys_getegid16 51 common acct   sys_acct 52 common umount2   sys_umount # 53 was sys_lock 54 common ioctl   sys_ioctl 55 common fcntl   sys_fcntl # 56 was sys_mpx 57 common setpgid   sys_setpgid # 58 was sys_ulimit # 59 was sys_olduname 60 common umask   sys_umask 61 common chroot   sys_chroot 62 common ustat   sys_ustat 63 common dup2   sys_dup2 64 common getppid   sys_getppid 65 common getpgrp   sys_getpgrp 66 common setsid   sys_setsid 67 common sigaction  sys_sigaction # 68 was sys_sgetmask # 69 was sys_ssetmask 70 common setreuid  sys_setreuid16 71 common setregid  sys_setregid16 72 common sigsuspend  sys_sigsuspend 73 common sigpending  sys_sigpending 74 common sethostname  sys_sethostname 75 common setrlimit  sys_setrlimit # Back compat 2GB limited rlimit 76 oabi getrlimit  sys_old_getrlimit 77 common getrusage  sys_getrusage 78 common gettimeofday  sys_gettimeofday 79 common settimeofday  sys_settimeofday 80 common getgroups  sys_getgroups16 81 common setgroups  sys_setgroups16 82 oabi select   sys_old_select 83 common symlink   sys_symlink # 84 was sys_lstat 85 common readlink  sys_readlink 86 common uselib   sys_uselib 87 common swapon   sys_swapon 88 common reboot   sys_reboot 89 oabi readdir   sys_old_readdir 90 oabi mmap   sys_old_mmap 91 common munmap   sys_munmap 92 common truncate  sys_truncate 93 common ftruncate  sys_ftruncate 94 common fchmod   sys_fchmod 95 common fchown   sys_fchown16 96 common getpriority  sys_getpriority 97 common setpriority  sys_setpriority # 98 was sys_profil 99 common statfs   sys_statfs 100 common fstatfs   sys_fstatfs # 101 was sys_ioperm 102 oabi socketcall  sys_socketcall  sys_oabi_socketcall 103 common syslog   sys_syslog 104 common setitimer  sys_setitimer 105 common getitimer  sys_getitimer 106 common stat   sys_newstat 107 common lstat   sys_newlstat 108 common fstat   sys_newfstat # 109 was sys_uname # 110 was sys_iopl 111 common vhangup   sys_vhangup # 112 was sys_idle # syscall to call a syscall! 113 oabi syscall   sys_syscall 114 common wait4   sys_wait4 115 common swapoff   sys_swapoff 116 common sysinfo   sys_sysinfo 117 oabi ipc   sys_ipc   sys_oabi_ipc 118 common fsync   sys_fsync 119 common sigreturn  sys_sigreturn_wrapper 120 common clone   sys_clone 121 common setdomainname  sys_setdomainname 122 common uname   sys_newuname # 123 was sys_modify_ldt 124 common adjtimex  sys_adjtimex 125 common mprotect  sys_mprotect 126 common sigprocmask  sys_sigprocmask # 127 was sys_create_module 128 common init_module  sys_init_module 129 common delete_module  sys_delete_module # 130 was sys_get_kernel_syms 131 common quotactl  sys_quotactl 132 common getpgid   sys_getpgid 133 common fchdir   sys_fchdir 134 common bdflush   sys_bdflush 135 common sysfs   sys_sysfs 136 common personality  sys_personality # 137 was sys_afs_syscall 138 common setfsuid  sys_setfsuid16 139 common setfsgid  sys_setfsgid16 140 common _llseek   sys_llseek 141 common getdents  sys_getdents 142 common _newselect  sys_select 143 common flock   sys_flock 144 common msync   sys_msync 145 common readv   sys_readv 146 common writev   sys_writev 147 common getsid   sys_getsid 148 common fdatasync  sys_fdatasync 149 common _sysctl   sys_sysctl 150 common mlock   sys_mlock 151 common munlock   sys_munlock 152 common mlockall  sys_mlockall 153 common munlockall  sys_munlockall 154 common sched_setparam  sys_sched_setparam 155 common sched_getparam  sys_sched_getparam 156 common sched_setscheduler sys_sched_setscheduler 157 common sched_getscheduler sys_sched_getscheduler 158 common sched_yield  sys_sched_yield 159 common sched_get_priority_max sys_sched_get_priority_max 160 common sched_get_priority_min sys_sched_get_priority_min 161 common sched_rr_get_interval sys_sched_rr_get_interval 162 common nanosleep  sys_nanosleep 163 common mremap   sys_mremap 164 common setresuid  sys_setresuid16 165 common getresuid  sys_getresuid16 # 166 was sys_vm86 # 167 was sys_query_module 168 common poll   sys_poll 169 common nfsservctl 170 common setresgid  sys_setresgid16 171 common getresgid  sys_getresgid16 172 common prctl   sys_prctl 173 common rt_sigreturn  sys_rt_sigreturn_wrapper 174 common rt_sigaction  sys_rt_sigaction 175 common rt_sigprocmask  sys_rt_sigprocmask 176 common rt_sigpending  sys_rt_sigpending 177 common rt_sigtimedwait  sys_rt_sigtimedwait 178 common rt_sigqueueinfo  sys_rt_sigqueueinfo 179 common rt_sigsuspend  sys_rt_sigsuspend 180 common pread64   sys_pread64  sys_oabi_pread64 181 common pwrite64  sys_pwrite64  sys_oabi_pwrite64 182 common chown   sys_chown16 183 common getcwd   sys_getcwd 184 common capget   sys_capget 185 common capset   sys_capset 186 common sigaltstack  sys_sigaltstack 187 common sendfile  sys_sendfile # 188 reserved # 189 reserved 190 common vfork   sys_vfork # SuS compliant getrlimit 191 common ugetrlimit  sys_getrlimit 192 common mmap2   sys_mmap2 193 common truncate64  sys_truncate64  sys_oabi_truncate64 194 common ftruncate64  sys_ftruncate64  sys_oabi_ftruncate64 195 common stat64   sys_stat64  sys_oabi_stat64 196 common lstat64   sys_lstat64  sys_oabi_lstat64 197 common fstat64   sys_fstat64  sys_oabi_fstat64 198 common lchown32  sys_lchown 199 common getuid32  sys_getuid 200 common getgid32  sys_getgid 201 common geteuid32  sys_geteuid 202 common getegid32  sys_getegid 203 common setreuid32  sys_setreuid 204 common setregid32  sys_setregid 205 common getgroups32  sys_getgroups 206 common setgroups32  sys_setgroups 207 common fchown32  sys_fchown 208 common setresuid32  sys_setresuid 209 common getresuid32  sys_getresuid 210 common setresgid32  sys_setresgid 211 common getresgid32  sys_getresgid 212 common chown32   sys_chown 213 common setuid32  sys_setuid 214 common setgid32  sys_setgid 215 common setfsuid32  sys_setfsuid 216 common setfsgid32  sys_setfsgid 217 common getdents64  sys_getdents64 218 common pivot_root  sys_pivot_root 219 common mincore   sys_mincore 220 common madvise   sys_madvise 221 common fcntl64   sys_fcntl64  sys_oabi_fcntl64 # 222 for tux # 223 is unused 224 common gettid   sys_gettid 225 common readahead  sys_readahead  sys_oabi_readahead 226 common setxattr  sys_setxattr 227 common lsetxattr  sys_lsetxattr 228 common fsetxattr  sys_fsetxattr 229 common getxattr  sys_getxattr 230 common lgetxattr  sys_lgetxattr 231 common fgetxattr  sys_fgetxattr 232 common listxattr  sys_listxattr 233 common llistxattr  sys_llistxattr 234 common flistxattr  sys_flistxattr 235 common removexattr  sys_removexattr 236 common lremovexattr  sys_lremovexattr 237 common fremovexattr  sys_fremovexattr 238 common tkill   sys_tkill 239 common sendfile64  sys_sendfile64 240 common futex   sys_futex 241 common sched_setaffinity sys_sched_setaffinity 242 common sched_getaffinity sys_sched_getaffinity 243 common io_setup  sys_io_setup 244 common io_destroy  sys_io_destroy 245 common io_getevents  sys_io_getevents 246 common io_submit  sys_io_submit 247 common io_cancel  sys_io_cancel 248 common exit_group  sys_exit_group 249 common lookup_dcookie  sys_lookup_dcookie 250 common epoll_create  sys_epoll_create 251 common epoll_ctl  sys_epoll_ctl  sys_oabi_epoll_ctl 252 common epoll_wait  sys_epoll_wait  sys_oabi_epoll_wait 253 common remap_file_pages sys_remap_file_pages # 254 for set_thread_area # 255 for get_thread_area 256 common set_tid_address  sys_set_tid_address 257 common timer_create  sys_timer_create 258 common timer_settime  sys_timer_settime 259 common timer_gettime  sys_timer_gettime 260 common timer_getoverrun sys_timer_getoverrun 261 common timer_delete  sys_timer_delete 262 common clock_settime  sys_clock_settime 263 common clock_gettime  sys_clock_gettime 264 common clock_getres  sys_clock_getres 265 common clock_nanosleep  sys_clock_nanosleep 266 common statfs64  sys_statfs64_wrapper 267 common fstatfs64  sys_fstatfs64_wrapper 268 common tgkill   sys_tgkill 269 common utimes   sys_utimes 270 common arm_fadvise64_64 sys_arm_fadvise64_64 271 common pciconfig_iobase sys_pciconfig_iobase 272 common pciconfig_read  sys_pciconfig_read 273 common pciconfig_write  sys_pciconfig_write 274 common mq_open   sys_mq_open 275 common mq_unlink  sys_mq_unlink 276 common mq_timedsend  sys_mq_timedsend 277 common mq_timedreceive  sys_mq_timedreceive 278 common mq_notify  sys_mq_notify 279 common mq_getsetattr  sys_mq_getsetattr 280 common waitid   sys_waitid 281 common socket   sys_socket 282 common bind   sys_bind  sys_oabi_bind 283 common connect   sys_connect  sys_oabi_connect 284 common listen   sys_listen 285 common accept   sys_accept 286 common getsockname  sys_getsockname 287 common getpeername  sys_getpeername 288 common socketpair  sys_socketpair 289 common send   sys_send 290 common sendto   sys_sendto  sys_oabi_sendto 291 common recv   sys_recv 292 common recvfrom  sys_recvfrom 293 common shutdown  sys_shutdown 294 common setsockopt  sys_setsockopt 295 common getsockopt  sys_getsockopt 296 common sendmsg   sys_sendmsg  sys_oabi_sendmsg 297 common recvmsg   sys_recvmsg 298 common semop   sys_semop  sys_oabi_semop 299 common semget   sys_semget 300 common semctl   sys_semctl 301 common msgsnd   sys_msgsnd 302 common msgrcv   sys_msgrcv 303 common msgget   sys_msgget 304 common msgctl   sys_msgctl 305 common shmat   sys_shmat 306 common shmdt   sys_shmdt 307 common shmget   sys_shmget 308 common shmctl   sys_shmctl 309 common add_key   sys_add_key 310 common request_key  sys_request_key 311 common keyctl   sys_keyctl 312 common semtimedop  sys_semtimedop  sys_oabi_semtimedop 313 common vserver 314 common ioprio_set  sys_ioprio_set 315 common ioprio_get  sys_ioprio_get 316 common inotify_init  sys_inotify_init 317 common inotify_add_watch sys_inotify_add_watch 318 common inotify_rm_watch sys_inotify_rm_watch 319 common mbind   sys_mbind 320 common get_mempolicy  sys_get_mempolicy 321 common set_mempolicy  sys_set_mempolicy 322 common openat   sys_openat 323 common mkdirat   sys_mkdirat 324 common mknodat   sys_mknodat 325 common fchownat  sys_fchownat 326 common futimesat  sys_futimesat 327 common fstatat64  sys_fstatat64  sys_oabi_fstatat64 328 common unlinkat  sys_unlinkat 329 common renameat  sys_renameat 330 common linkat   sys_linkat 331 common symlinkat  sys_symlinkat 332 common readlinkat  sys_readlinkat 333 common fchmodat  sys_fchmodat 334 common faccessat  sys_faccessat 335 common pselect6  sys_pselect6 336 common ppoll   sys_ppoll 337 common unshare   sys_unshare 338 common set_robust_list  sys_set_robust_list 339 common get_robust_list  sys_get_robust_list 340 common splice   sys_splice 341 common arm_sync_file_range sys_sync_file_range2 342 common tee   sys_tee 343 common vmsplice  sys_vmsplice 344 common move_pages  sys_move_pages 345 common getcpu   sys_getcpu 346 common epoll_pwait  sys_epoll_pwait 347 common kexec_load  sys_kexec_load 348 common utimensat  sys_utimensat 349 common signalfd  sys_signalfd 350 common timerfd_create  sys_timerfd_create 351 common eventfd   sys_eventfd 352 common fallocate  sys_fallocate 353 common timerfd_settime  sys_timerfd_settime 354 common timerfd_gettime  sys_timerfd_gettime 355 common signalfd4  sys_signalfd4 356 common eventfd2  sys_eventfd2 357 common epoll_create1  sys_epoll_create1 358 common dup3   sys_dup3 359 common pipe2   sys_pipe2 360 common inotify_init1  sys_inotify_init1 361 common preadv   sys_preadv 362 common pwritev   sys_pwritev 363 common rt_tgsigqueueinfo sys_rt_tgsigqueueinfo 364 common perf_event_open  sys_perf_event_open 365 common recvmmsg  sys_recvmmsg 366 common accept4   sys_accept4 367 common fanotify_init  sys_fanotify_init 368 common fanotify_mark  sys_fanotify_mark 369 common prlimit64  sys_prlimit64 370 common name_to_handle_at sys_name_to_handle_at 371 common open_by_handle_at sys_open_by_handle_at 372 common clock_adjtime  sys_clock_adjtime 373 common syncfs   sys_syncfs 374 common sendmmsg  sys_sendmmsg 375 common setns   sys_setns 376 common process_vm_readv sys_process_vm_readv 377 common process_vm_writev sys_process_vm_writev 378 common kcmp   sys_kcmp 379 common finit_module  sys_finit_module 380 common sched_setattr  sys_sched_setattr 381 common sched_getattr  sys_sched_getattr 382 common renameat2  sys_renameat2 383 common seccomp   sys_seccomp 384 common getrandom  sys_getrandom 385 common memfd_create  sys_memfd_create 386 common bpf   sys_bpf 387 common execveat  sys_execveat 388 common userfaultfd  sys_userfaultfd 389 common membarrier  sys_membarrier 390 common mlock2   sys_mlock2 391 common copy_file_range  sys_copy_file_range 392 common preadv2   sys_preadv2 393 common pwritev2  sys_pwritev2 394 common pkey_mprotect  sys_pkey_mprotect 395 common pkey_alloc  sys_pkey_alloc 396 common pkey_free  sys_pkey_free 397 common statx   sys_statx

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